微流控传感器通过丝网印刷于衣物，可检测汗液中的尿酸水平

近些年，用于检测汗液生物标志物的可穿戴传感器取得了显著进展。自2016年Rogers团队报道了用于葡萄糖、乳酸、氯离子和pH值检测的微流控多层可穿戴汗液传感器以来，该领域得到了迅速发展，涌现出一批开拓者，他们在可穿戴微流控技术开发以及分析检测集成方面做出了突破性贡献。目前，某些离子、小分子代谢物和激素已成为可穿戴汗液传感应用中的常见检测对象。

其中，微流控器件已成为可穿戴汗液传感器的关键组件。微流控通道能够有序地将汗液输送到检测区域，从而持续更新检测样本，避免汗液积聚，防止残留分析物的重复测量。以软性聚合物为基材的微流控技术，特别是基于聚二甲基硅氧烷（PDMS）的微流控器件，已被广泛应用于可穿戴传感领域。纸质微流控技术在便携式传感器开发中应用广泛，也显示出可穿戴应用潜力，但其存在一些局限性，例如被汗液浸湿后，它们的结构容易受损。近年来，织物材料和服装因其在推动可穿戴微流控传感器发展中的作用而备受关注。例如，棉线或纤维已被证实能够将汗液输送到指定的传感区域。此外，基于织物的可穿戴传感器具有独特的优势，例如更自然的舒适感、过敏反应风险极低，以及能够促进汗液流动的毛细作用等。

汗液中的小分子代谢物是重要的生物标志物。例如，汗液中的葡萄糖含量可以反映血液中的葡萄糖水平，因此成为持续监测糖尿病状况的重要工具。尿酸在调节全身稳态中起着关键作用，其紊乱可能导致痛风以及心血管和肾脏等病症。因此，定期评估这些分子以减轻对患者日常生活造成的有害影响非常重要。不过，这些代谢物在可穿戴环境中通常不具备直接的电化学活性或可检测的光谱特征，因此，通常需要使用针对特定物质的氧化酶将代谢物转化为具有已知化学计量关系的可检测物质。例如，广泛研究的葡萄糖分子，可以通过葡萄糖氧化酶（GOx）进行氧化，以等化学计量比产生过氧化氢，然后通过电化学或比色/荧光分析法，利用显色剂/荧光探针和过氧化物酶对过氧化氢进行定量测定。

在利用酶时，酶的固定方法以及酶的寿命和活性保持是需要考量的两个重要因素。通常情况下，将酶溶液通过移液管直接滴加到基底上，然后进行干燥处理。然而，这种操作可能会导致酶随着时间的推移被持续出汗产生的液体冲走，从而影响可穿戴微流控器件的长期定量稳定性。由于可穿戴微流控装置通常是流出式模型，汗液通过检测区域后连续排出作为废液，因此酶的松散固定会影响长期（数小时至数天）测量结果，这也是可穿戴传感技术的关键考量因素之一。尽管可以通过化学交联法将酶与基底表面结合，但这些方法可能会损害酶的活性。同时，目前有限的文献报道显示，能够使酶的活性在可穿戴微流控器件上连续保持数周的方法很少，而这对于此类传感器的实际应用至关重要。

已有研究证明，可以在棉质衣物上制造用于汗液检测的微流控传感器。据麦姆斯咨询介绍，美国马里兰大学巴尔的摩分校的研究人员介绍了一种将微流控器件丝网印刷到棉织物上的新方法。这种方法类似于批量生产印花T恤，为未来的实际应用奠定了可规模化基础。更重要的是，这项研究开发了一种化学方法来改性棉织物，从而实现更牢固的酶固定，显著提高了酶活性的保留率。该研究成果已经以“A Wearable Enzymatic Uric Acid Sensor on Microfluidics-on-Fabrics with Octadecane (C18) Modification”为题发表于ACS Sensors期刊。

在织物上丝网印刷微流控器件

受高效液相色谱（HPLC）中长链疏水固定相（如十八烷基，C18）强保留能力的启发，这类固定相通过疏水相互作用与蛋白质主链结合，使蛋白质牢固地附着在基底表面并导致回收率大幅降低，甚至难以洗脱。由此，研究人员将C18化学键合到基于织物的微流控检测区，实现酶的固定化。

两种采用丝网印刷方法制作的微流控器件实例（包括单个和多个微流控储液池）及表征。这种制造方法的分辨率也显示出很高的应用潜力。

结果表明，在剧烈流动冲洗条件下，C18修饰的织物上未检测到明显的酶损失，而在未修饰的织物上，5小时后酶完全流失。此外，C18链在储存期间可保持长达3周的酶活性，而未修饰织物上的酶在1周后活性损失约50%，2周后则减少90%。这些结果表明，该技术有望成为一种新型平台，用于在棉质织物及其他纤维基底上开发基于酶的可穿戴传感器。

剧烈流动冲洗条件下的酶保留测试

随后，研究人员将该技术应用到一次性服装（如医院病号服）上，通过固定尿酸氧化酶来检测尿酸，以此验证其适用性，结果显示从穿着者的汗液中获得的尿酸读数准确且有效。研究人员通过在每个时间点收集的汗液进行液相色谱–质谱联用（LC-MS）分析来验证传感器的结果，LC-MS结果与传感器读数高度一致，两者之间未发现显著差异。

将微流控器件丝网印刷在病号服上进行尿酸检测

总结而言，研究人员报道了一种在棉质衣物上制造微流控器件的丝网印刷方法，并提出了一种通过引入C18对储液区进行化学修饰的技术。数据表明，C18可以显著提高负载于棉质微流控区域上酶分子的结合量和结合强度，还能在储存过程中保持酶的稳定性。这些创新技术有望使基于酶检测的微流控传感器能够在一次性衣物上进行预生产和储存。研究人员通过在医院病号服上制作这种微流控器件，并对其进行C18修饰和尿酸酶固定，成功验证了这一概念，证明该微流控传感器能够准确测量穿戴者汗液中的尿酸水平。这项研究成果代表了一种具有前所未有性能的新型可穿戴汗液传感器平台。